DE102017213935A1

DE102017213935A1 - Entkopplungseinheit und Wankstabilisator mit einer solchen Entkopplungseinheit

Info

Publication number: DE102017213935A1
Application number: DE102017213935.8A
Authority: DE
Inventors: Christoph Mars; Rene Schwarze
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2017-08-10
Filing date: 2017-08-10
Publication date: 2019-02-14
Also published as: WO2019029932A1; EP3665022A1

Abstract

Eine Entkopplungseinheit (10) für einen elektrischen Antriebsstrang, insbesondere eines elektromechanischen Aktuators (2) eines Kraftfahrzeugs, mit einem Antriebsteil (9), einem Abtriebsteil (7) sowie einer dazwischen wirkenden Kupplung (8) zur drehelastischen Verbindung von Antriebsteil (9) und Abtriebsteil (7) zeichnet sich dadurch aus, dass die Kupplung (8) wenigstens zwei elastische Formkörper (13, 14) aufweist, die parallel wirkend angeordnet sind, um sich unter Einwirkung eines zwischen Antriebsteil (9) und Abtriebsteil (7) wirkenden Torsionsmoments (M) innerhalb eines um eine Drehachse (15) entstehenden Verdrehwinkelbereichs (B, B) elastisch zu verformen. Weiterhin wird ein Wankstabilisator mit einer solchen Entkopplungseinheit (10) angegeben.

Description

Die Erfindung betrifft eine Entkopplungseinheit für einen elektrischen Antriebsstrang, insbesondere eines elektromechanischen Aktuators eines Kraftfahrzeugs gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie einen Wankstabilisator für ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Entkopplungseinheit gemäß Anspruch 15.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung sei unter einem elektrischen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs grundsätzlich jede einen elektrischen Antrieb aufweisende Antriebsverbindung an einem Kraftfahrzeug zu verstehen. Die Erfindung kann somit an unterschiedlichen mit einem elektrischen Antrieb versehenen Antriebssträngen eines Kraftfahrzeugs einsetzbar sein, wie beispielsweise für den Fahrantrieb, den Lenkantrieb oder dergleichen. Auf besonders vorteilhafte Weise kommt die Erfindung auf nachfolgend beschriebene Weise zum Einsatz am Aktuator eines verstellbaren Wankstabilisators.
Aus der Fahrzeugtechnik, speziell der Fahrwerkstechnik, ist es seit langem bekannt, Fahrzeuge mit einem sogenannten Wankstabilisator auszustatten, um die Fahrzeugstabilität sowie den Fahrkomfort zu steigern. In einfacher Ausführung handelt es sich hierbei um eine im Wesentlichen C-förmige Drehstabfeder, die im mittigen Bereich gegenüber der Karosserie des Fahrzeugs gelagert ist und deren äußere, sich gegenüberliegende Enden jeweils mit einer Radaufhängung kinematisch gekoppelt sind. Durch diese Konstruktion sorgt der Wankstabilisator beispielsweise dafür, dass die Karosserie des Fahrzeugs bei einer Kurvenfahrt nicht nur an der kurvenäußeren Seite (bedingt durch die Zentrifugalkraft), sondern zudem an der kurveninneren Seite zumindest etwas einfedert (Kopierverhalten zur Verringerung des Wankens).
Zur weiteren Steigerung der Fahrzeugstabilität bzw. des Fahrkomforts ist es aus dem Stand der Technik bekannt, derartige Wankstabilisatoren verstellbar auszuführen. Der Wankstabilisator umfasst dazu einen Aktor und ist in zwei mit Hilfe des Aktors relativ zueinander verdrehbare Stabilisatorhälften geteilt. Durch Verdrehung der Stabilisatorhälften zueinander wird eine Wankbewegung des Fahrzeugaufbaus gezielt erzeugt oder einer durch äußere Einflüsse hervorgerufenen Wankbewegung des Fahrzeugaufbaus gezielt entgegengewirkt. Der Aktuator eines Wankstabilisators umfasst als wesentliche Elemente einen Motor, zumeist ein Elektromotor, ein Steuergerät, ein Getriebe, zumeist als mehrstufiges Planetengetriebe ausgeführt, sowie eine drehelastische Kupplung.
Ein Wankstabilisator mit einer solchen drehelastischen Kupplung ist beispielsweise aus EP 2 213 489 A1 bekannt. Ein vom Motor antreibbares Antriebsteil ist dabei als Innenstern und ein davon antreibbares Abtriebsteil als Außenstern ausgebildet. Zwischen den inneren und äußeren, ineinander eingreifenden Stegen ist jeweils ein aus einem Elastomer hergestellter Formkörper aufgenommen, der eine drehelastische Kupplung bildet. Dadurch ergibt sich ein bestimmter Verlauf des Drehmoments über den Verdrehwinkel zwischen Antriebsteil und Abtriebsteil bzw. zwischen den beiden Stabilisatorhälften des Wankstabilisators, von denen eine Stabilisatorhälfte drehfest mit dem Motor und die andere Stabilisatorhälfte drehfest mit dem Abtriebsteil verbunden ist. Bei verhältnismäßig kleinen Torsionsmomenten weist der Wankstabilisator aus EP 2 213 489 A1 eine hohe Elastizität auf. Dabei sind Relativbewegungen zwischen dem Antriebsteil und dem Abtriebsteil unter Verformung der drehelastischen Kupplung ohne Übertragung eines nennenswerten Drehmoments möglich. Jedoch steigt das übertragene Drehmoment ab einem bestimmten Drehwinkel stark progressiv an. Bei weiterer Verformung der Kupplung tritt eine progressive Steifigkeitserhöhung auf. Somit können kleine Verdrehungen der Stabilisatorhälften, die z. B. durch Fahrbahnunebenheiten entstehen, von der Kupplung aufgenommen werden, wodurch der Fahrkomfort erhöht wird. Bei Kurvenfahrt und/oder bei unterschiedlichen Fahrbahnunebenheiten zwischen der rechten und linken Stabilisatorhälfte kann durch aktives Verdrehen der beiden Stabilisatorhälften mittels des Wankstabilisators die Wankbewegung des Fahrzeugs verringert werden.
Bei hohen zu übertragenden Drehmomenten stößt die aus EP 2 213 489 A1 bekannte Entkopplungseinheit jedoch an ihre Grenzen, da die Festigkeit des verwendeten Elastomermaterials des Formkörpers bei einem bestimmten Drehmoment überschritten wird. Die Kupplung kann somit nicht ohne Weiteres für höhere zu übertragende Drehmomente ausgelegt werden, zumal auch der zur Verfügung stehende Bauraum begrenzt ist.
Aus DE 10 2014 223 706 A1 ist eine weitere Entkopplungseinheit für den elektrischen Antriebsstrang eines elektromechanischen Aktuators (des Wankstabilisators) eines Kraftfahrzeugs mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 bekannt. Die darin beschriebene Kupplung zur drehelastischen Verbindung von Antriebsteil und Abtriebsteil weist einen Formkörper auf, der aus zwei Werkstoffen unterschiedlicher Elastizität besteht. Der Formkörper aus den beiden Werkstoffen bildet ein integrales Bauteil, wobei der die geringere Elastizität aufweisende Werkstoff, wie beispielsweise Polyurethan oder ein thermoplastisches Elastomer, von dem die größere Elastizität aufweisenden Werkstoff, wie beispielsweise Schaumstoff, umgeben ist. Durch die einfache Komprimierbarkeit des außen liegenden Schaumstoffmaterials ergibt sich ein gewünschtes elastisches Verhalten, so dass bei niedrigen Drehmomenten durch Komprimierung des Schaumstoffs eine Schwingungsentkopplung zwischen Antriebsteil und Abtriebsteil erzielt wird. Erst bei Überschreiten eines Grenzwerts für das Drehmoment und beim Überschreiten eines Grenzwinkels erfolgt eine Verdrehung des Abtriebsteils.
Als nachteilig an der aus DE 10 2014 223 706 A1 bekannten Entkopplungseinheit ist anzusehen, dass die Herstellung des aus zwei unterschiedlichen Werkstoffen gebildeten Formkörpers aufwändig ist. Eine Anpassbarkeit an einen gewünschten Kennlinienverlauf (übertragenes Drehmoment in Abhängigkeit vom Drehwinkel zwischen Antriebsteil und Abtriebsteil) ist nicht gegeben, da die Kupplung einteilig ausgeführt ist und nur als Ganze verändert werden kann.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine einfach herstellbare Entkopplungseinheit der eingangs genannten Art anzugeben, mit welcher sich die Kennlinie für die Drehmomentübertragung an den jeweiligen Einsatzzweck vorteilhaft anpassen lässt, dabei soll zunächst in einem möglichst großen Anlaufbereich gewährleistet sein, dass kleine Fahrbahnunebenheiten und/oder sonstige Schwingungsanregungen herausgefiltert werden und es soll gewährleistet sein, dass ab einer bestimmten Verdrehung der Stabilisatorhälften zueinander eine zunehmende Drehmomentübertragung stattfindet.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Entkopplungseinheit mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Es handelt sich dabei um eine Entkopplungseinheit für einen elektrischen Antriebsstrang, insbesondere eines elektromechanischen Aktuators eines Kraftfahrzeugs, mit einem Antriebsteil, einem Abtriebsteil sowie einer dazwischen wirkenden Kupplung zur drehelastischen Verbindung von Antriebsteil und Abtriebsteil. Erfindungsgemäß zeichnet sich die Entkopplungseinheit dadurch aus, dass die Kupplung wenigstens zwei elastische Formkörper aufweist, die parallel wirkend angeordnet sind, um sich unter Einwirkung eines zwischen Antriebsteil und Abtriebsteil wirkenden Torsionsmoments innerhalb eines um eine Drehachse entstehenden Verdrehwinkelbereichs elastisch zu verformen.
Der erfindungsgemäßen Lösung liegt die Überlegung zu Grunde, dass an eine Entkopplungseinheit für einen elektrischen Antriebsstrang, insbesondere eines elektromechanischen Aktuators eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Aktuators eines Wankstabilisators, verschiedene Anforderungen, abhängig von der jeweiligen Betriebssituation bestehen. Für kleine Schwingungsanregungen, verursacht beispielsweise durch Fahrbahnunebenheiten und/oder betriebsbedingte Schwingungen beispielsweise des Motors, soll die Entkopplungseinheit ein weiches Verhalten aufweisen. Ab Überschreiten eines bestimmten Drehwinkels (Verdrehung der Stabilisatorhälften zueinander) soll die Entkopplungseinheit jedoch ein zunehmend härteres Verhalten aufweisen, um mit zunehmendem Verdrehwinkel eine zunehmende Drehmomentübertragung zu bewirken.
Indem erfindungsgemäß die Kupplung aus wenigstens zwei elastischen Formkörpern gebildet wird, die parallel wirkend angeordnet sind, lassen sich die zuvor genannten Anforderungen vorteilhaft erfüllen. Unter einer parallel wirkenden Anordnung sei in diesem Zusammenhang eine Anordnung zu verstehen, bei welcher die wenigstens zwei elastischen Formkörper in Bezug auf das Antriebsteil und das Abtriebsteil nebeneinander - und nicht hintereinander (in Reihe) - angeordnet sind. Die parallele Anordnung ist dabei erfindungsgemäß so gestaltet, dass sich die wenigstens zwei elastischen Formkörper - bei Einwirkung eines zwischen Antriebsteil und Abtriebsteil wirkenden Torsionsmoments - innerhalb eines um die Drehachse entstehenden Verdrehwinkelbereichs elastisch verformen. Mit anderen Worten ist die parallele Anordnung so gestaltet, dass ein Verdrehwinkelbereich existiert, innerhalb dessen sämtliche der parallel wirkend angeordneten Formkörper elastisch verformt werden.
Die parallele Anordnung gewährleistet dabei, dass innerhalb dieses Verdrehwinkelbereichs die wenigstens zwei elastischen Formkörper in gleichem Maße (insbesondere um den gleichen Verdrehwinkel) verformt werden. Die parallele Anordnung der wenigstens zwei elastischen Formkörper schließt nicht aus, dass jeder der Formkörper über sämtliche der möglichen Verdrehwinkelbereiche verformt wird. Abhängig von der Dimensionierung der Formkörper selbst und/oder deren Anlageflächen am Antriebsteil oder Abtriebsteil ist es möglich, dass ein elastischer Formkörper für sich betrachtet erst ab Erreichen einer bestimmten Verdrehung zwischen Antriebsteil und Abtriebsteil elastisch verformt wird. Die parallele Anordnung ermöglicht damit auf konstruktiv einfache Weise die Verwirklichung unterschiedlicher Kennlinienbereiche, d. h. Bereiche mit unterschiedlicher Charakteristik.
Eine in konstruktiver Hinsicht vorteilhafte Ausgestaltung der Entkopplungseinheit sieht vor, dass die wenigstens zwei elastischen Formkörper bezogen auf die Drehachse axial benachbart, insbesondere axial aneinander angrenzend angeordnet sind. Die Kupplung unterscheidet sich damit grundlegend von der aus DE 10 2014 223 706 A1 bekannten Kupplung, bei welcher die zwei Bereiche unterschiedlicher Werkstoffe in Reihe wirkend angeordnet sind, indem nämlich der die geringere Elastizität aufweisende Werkstoff von dem die größere Elastizität aufweisenden Werkstoff umgeben ist. Durch eine hingegen axial benachbarte Anordnung ist weiterhin eine vereinfachte Herstellbarkeit der Kupplung gegeben, da die zwei elastischen Formkörper unabhängig voneinander herstellbar und montierbar sind. Daraus ergibt sich der weitere Vorteil, dass die Kupplung auf verhältnismäßig einfache Weise an unterschiedliche Anforderungen angepasst werden kann, so lässt sich beispielsweise einer der elastischen Formkörper leicht austauschen gegen einen andersartigen Formkörper, wodurch sich die Kennlinie der Kupplung mit geringem Aufwand verändern lässt.
Gemäß einer einfachen Ausführung der Erfindung können die wenigstens zwei elastischen Formkörper ohne Verbindung zwischen einander aneinander angrenzend angeordnet sein. Zur Schaffung eines zusammenhängenden Bauteils und zur Vereinfachung der Montage können die wenigstens zwei elastischen Formkörper vorteilhaft miteinander verbunden, insbesondere verklebt, verschweißt oder dergleichen sein.
Bei einem erfindungsgemäß vorgesehenen elastischen Formkörper handelt es sich zweckmäßigerweise um ein Gebilde aus einem elastischen Material. In vorteilhafter Weise ist wenigstens einer der elastischen Formkörper der Entkopplungseinheit aus einem Elastomer, aus Polyurethan, aus Thermoplast, aus Gummi, aus einem anderen elastischen Werkstoff oder aus einer Kombination der genannten Materialien hergestellt.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Entkopplungseinheit sind die wenigstens zwei elastischen Formkörper mit einer unterschiedlichen Elastizität versehen. Dies wird vorzugsweise erreicht, indem diese aus Materialien mit unterschiedlichen Härteeigenschaften gebildet sind.
Die elastischen Formkörper der Entkopplungseinheit weisen zweckmäßigerweise eine Form auf, die es ermöglicht, den jeweiligen Formkörper zwischen Antriebsteil und Abtriebsteil so anzuordnen, dass zwischen Antriebsteil und Abtriebsteil unter Gewährung einer Drehelastizität eine Antriebsverbindung geschaffen wird. In konstruktiver Hinsicht ist es vorteilhaft, dass ein elastischer Formkörper jeweils als Hohlkörper mit wenigstens einer Öffnung ausgeführt ist. Die wenigstens eine Öffnung dient vorteilhaft dazu, den elastischen Formkörper mit einem am Antriebsteil oder Abtriebsteil angeordneten Trägerelement in Eingriff zu bringen. Bevorzugt ist der elastische Formkörper als Hohlkörper mit zwei sich in Axialrichtung gegenüber liegenden Öffnungen ausgeführt.
Zur Erzielung einer hohen Wirksamkeit der Dämpfung ist ein elastischer Formkörper im Profil entlang der Drehachse vorzugsweise sternartig, kleeblattartig oder kreuzartig mit aus seiner Wandung gebildeten Strahlen vorzugsweise mehrstralig mit zumindest drei Strahlen, besonders bevorzugt fünfstrahlig oder sechsstrahlig, ausgeführt.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Entkopplungseinheit sieht vor, dass ein elastischer Formkörper auf ein entweder dem Antriebsteil oder dem Abtriebsteil zugeordnetes Trägerelement aufgebracht, insbesondere aufgesteckt, aufgepresst, aufgeklebt ist, wobei dem jeweils anderen Teil, insbesondere Abtriebsteil oder Antriebsteil, ein zumindest bereichsweise hohlförmiger Aufnahmebereich zugeordnet ist, der innenseitig den bzw. die elastischen Formkörper in sich aufnimmt.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung weist entweder das Antriebsteil oder das Abtriebsteil mehrere um die Drehachse herum verteilt angeordnete, sich radial nach außen erstreckende Stege und das jeweils andere Teil innenseitig des Aufnahmebereichs angeordnete, sich radial nach innen erstreckende Stege auf, wobei die sich radial nach innen und die sich radial nach außen erstreckenden Stege ineinander greifen und Taschen für Abschnitte des elastischen Formkörpers bilden.
Wie bereits zuvor erwähnt, sind die wenigstens zwei elastischen Formkörper bezogen auf die Drehachse vorzugsweise axial benachbart angeordnet. In vorteilhafter Weise ist die Kupplung mit den wenigstens zwei elastischen Formkörpern dabei so ausgestaltet, dass Antriebsteil und Abtriebsteil unter Einwirkung eines niedrigen Torsionsmoments innerhalb eines ersten Verdrehwinkelbereichs gegeneinander verdrehbar sind, innerhalb dessen eine elastische Verformung lediglich eines ersten elastischen Formkörpers stattfindet.
Ein derartiger Effekt lässt sich vorteilhaft erzielen, indem die wenigstens zwei elastischen Formkörper, insbesondere in einem auf das Trägerelement aufgebrachten Zustand, eine unterschiedliche Außenkontur aufweisen, wobei innerhalb des ersten Verdrehwinkelbereichs ausschließlich der erste elastische Formkörper mit dem Aufnahmebereich im Eingriff steht. Unter der Außenkontur seien in diesem Zusammenhang ganz allgemein die Formgebung und/oder Außenabmessungen der Formkörper zu verstehen.
Auf weiterhin vorteilhafte Weise kann vorgesehen sein, dass Antriebsteil und Abtriebsteil unter Einwirkung eines hohen Torsionsmoments innerhalb eines zweiten Verdrehwinkelbereichs verdrehbar sind, innerhalb dessen parallel eine elastische Verformung mehrerer elastischer Formkörper gemeinsam stattfindet. Zur Erzielung einer solchen Wirkung weist vorteilhaft ein zweiter elastischer Formkörper eine solche Außenkontur auf, dass erst ab Erreichen des zweiten Verdrehwinkelbereichs auch der zweite elastische Formkörper mit dem Aufnahmebereich im Eingriff steht.
Mit anderen Worten lässt sich die Entkopplungseinheit mit den erfindungsgemäß parallel wirkend angeordneten wenigstens zwei elastischen Formkörpern vorteilhaft so gestalten, dass die Kupplung in Abhängigkeit vom Verdrehwinkel zwischen Antriebsteil und Abtriebsteil eine unterschiedliche Charakteristik aufweist. Bei niedrigen Torsionsmomenten innerhalb eines ersten Verdrehwinkelbereichs findet lediglich eine elastische Verformung des ersten elastischen Formkörpers (hohe Elastizität) statt, während bei hohen Torsionsmomenten innerhalb eines zweiten Verdrehwinkelbereichs parallel der erste elastische Formkörper sowie wenigstens ein zweiter elastischer Formkörper gemeinsam verformt werden.
Wie eingangs erwähnt, betrifft die Erfindung weiterhin einen Wankstabilisator für ein Kraftfahrzeug mit einer wie zuvor beschriebenen Entkopplungseinheit. Erfindungsgemäß steht dabei das Antriebsteil in Antriebsverbindung mit einem Antriebsmotor des Wankstabilisators, und ist dabei das Abtriebsteil einer Stabilisatorhälfte des Wankstabilisators zugeordnet.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels beschrieben und näher erläutert. Daraus ergeben sich auch weitere vorteilhafte Effekte der Erfindung. In der Zeichnung zeigt:

1 einen Wankstabilisator in schematischer Ansicht,
2 in teilweiser Darstellung einen elektromechanischen Aktuator eines Wankstabilisators im Schnitt,
3 eine Entkopplungseinheit für einen elektromechanischen Aktuator sowie eine darin eingesetzte Kupplung in perspektivischer Ansicht,
4 eine Kennlinie der in 3 dargestellten Entkopplungseinheit sowie einer herkömmlichen Entkopplungseinheit.

1 zeigt in schematischer Ansicht einen Wankstabilisator 1 für ein Kraftfahrzeug. Zur Orientierung ist ein Koordinatensystem angegeben, welches die Fahrzeuglängsrichtung x, die Fahrzeugquerrichtung y und die Fahrzeughochrichtung z angibt. Die in den 2 und 3 angegebenen Koordinatensysteme korrespondieren damit.
Der in 1 dargestellte Wankstabilisator 1 ist ein verstellbarer Wankstabilisator. Ein linkes Rad 4a und ein rechtes Rad 4b sind über hier nicht näher bezeichnete Radaufhängungen (vereinfacht dargestellt als Dreieckslenker) an den (ebenfalls nicht dargestellten) Fahrzeugaufbau angebunden. Die Radaufhängungen ermöglichen es, dass das linke Rad 4a und das rechte Rad 4b unabhängig voneinander Höhenbewegungen in Fahrzeughochrichtung z durchführen können, beispielsweise um Fahrbahnunebenheiten bei Fahrt des Kraftfahrzeugs in Fahrzeuglängsrichtung x auszugleichen. Die Radaufhängung des linken Rades 4a und die Radaufhängung des rechten Rades 4b sind über den Wankstabilisator 1 miteinander gekoppelt. Der Wankstabilisator 1 ist im Bereich seiner Drehachse 15 um die Drehachse 15 drehbar gegenüber dem Fahrzeugaufbau (nicht gezeigt) gelagert. Eine linke Stabilisatorhälfte 3a und eine rechte Stabilisatorhälfte 3b sind über einen dazwischen angeordneten Aktuator 2 zu einem C-förmigen Bauteil verbunden. Die Enden des C-förmigen Bauteils sind über nicht näher bezeichnete Pendelstützen jeweils mit den Radaufhängungen des linken Rades 4a und des rechten Rades 4b verbunden. Auf für sich gesehen bekannte Weise dient der Wankstabilisator 1 dazu, Hubbewegungen des linken Rades 4a mit Hubbewegungen des rechten Rades 4b zu koppeln (Kopierverhalten). Auf für sich gesehen ebenfalls bekannte Weise dient der Aktuator 2 dazu, die Stabilisatorhälften 3a, 3b miteinander zu verbinden und bedarfsweise entweder eine Verdrehung der Stabilisatorhälften 3a, 3b gegeneinander zu verhindern oder aktiv eine solche Verdrehung zu bewirken.
2 zeigt einen Aktuator 2 in teilweiser Schnittdarstellung, welcher bei einem wie in 1 gezeigten Wankstabilisator 1 zur Verwendung kommen kann. Der Aktuator 2 weist als wesentliche Elemente einen Antriebsmotor 19 (Einbauort durch das Bezugszeichen angedeutet), ein mehrstufiges Planetengetriebe 20, ein Gehäuse 5, eine Entkopplungseinheit 10 mit Antriebsteil 9, Abtriebsteil 7 sowie einer dazwischen wirkenden Kupplung 8 auf. Antriebsmotor 19, das mehrstufige Planetengetriebe 20 und die Entkopplungseinheit 10 sind entlang einer Drehachse 15 hintereinander angeordnet. Der Antriebsmotor 19 ist drehfest mit dem Gehäuse 5 verbunden und treibt das mehrstufige Planetengetriebe 20 an. Einem abtriebsseitigen Planetenträger des mehrstufigen Planetengetriebes 20 ist ein Antriebsteil 9 zugeordnet.
Bezogen auf die Entkopplungseinheit 10 ist das Antriebsteil 9 über eine Kupplung 8 mit einem Abtriebsteil 7 auf noch näher zu beschreibende Weise drehelastisch verbunden. Das Abtriebsteil 7 ist über ein Kugellager 6 gegenüber dem Gehäuse 5 um die Drehachse 15 drehbar gelagert. Das Abtriebsteil 7 ist drehfest verbunden mit der rechten Stabilisatorhälfte 3b. Am antriebsseitigen axialen Ende des Aktuators 2 ist die linke Stabilisatorhälfte 3a drehfest mit dem Gehäuse 5 des Aktuators 2 verbunden (vgl. hierzu die schematische Darstellung gemäß 1). Abhängig vom Betriebszustand des als Elektromotor ausgeführten Antriebsmotors 19 sind somit die linke Stabilisatorhälfte 3a und die rechte Stabilisatorhälfte 3b entweder in einer Ausgangsstellung (keine Verdrehung zueinander) oder können durch Vorwärts- oder Rückwärtslauf des Antriebsmotors 19 über das Planetengetriebe 20 und die Entkopplungseinheit 10 um einen Verdrehwinkel (um die Drehachse 15) gegeneinander verdreht werden.
Im Betrieb des Kraftfahrzeugs treten durch verschiedene Ursachen bedingte Schwingungen auf, beispielsweise durch Unebenheiten der Fahrbahn, Betriebsschwingungen des Motors, des Getriebes oder dergleichen. Zur Dämpfung dieser Schwingungen weist der Aktuator 2 eine zwischen Antriebsteil 9 und Abtriebsteil 7 wirkende Kupplung 8 auf.
Mit Bezug auf 3 wird diese Kupplung 8 näher beschrieben. 3 zeigt im rechten Bildbereich die gesamte Entkopplungseinheit 10 des in 2 dargestellten Aktuators 2 in perspektivischer Ansicht. Demnach umfasst die Entkopplungseinheit 10 das Antriebsteil 9, das Abtriebsteil 7 sowie eine dazwischen wirkende Kupplung 8, welche das Antriebsteil 9 mit dem Abtriebsteil 7 drehelastisch verbindet. Die Kupplung 8 ist auf besondere Weise gestaltet, hierzu sei zunächst auf den linken Bildbereich der 3 verwiesen, welcher die Kupplung 8 in Einzeldarstellung zeigt.
Demnach umfasst die Kupplung 8 einen ersten Formkörper 13 und einen zweiten Formkörper 14. Die beiden elastischen Formkörper 13, 14 sind bezogen auf die Drehachse 15 axial aneinander angrenzend angeordnet. Zur Schaffung einer einfach montierbaren Baugruppe können die beiden elastischen Formkörper 13, 14 miteinander verbunden, insbesondere miteinander verklebt sein. Es sei ausdrücklich angemerkt, dass die Formkörper 13, 14 aber nicht zwingend miteinander verbunden zu sein brauchen. Vorteil einer Nichtverbindung (Nichtverklebung) ist, dass Formkörper unterschiedlicher Kennung (elastischer Eigenschaften) einfach miteinander kombiniert werden können. Die leichte Demontage und der Austausch ermöglichen den einfachen Wechsel eines einzelnen Formkörpers.
Der erste Formkörper 13 und der zweite Formkörper 14 weisen eine unterschiedliche Elastizität auf, indem diese aus unterschiedlichen Materialien gebildet sind. Insbesondere ist der erste elastische Formkörper 13 aus einem weicheren Material hergestellt als der zweite elastische Formkörper 14. Während der erste elastische Formkörper 13 aus einer polyurethanhaltigen Verbindung hergestellt ist, ist der zweite elastische Formkörper 14 aus einem Thermoplast hergestellt. Beide elastische Formkörper 13, 14 sind als im Strangspritzguss hergestellte Hohlkörper mit axialseitigen Öffnungen ausgeführt. Alternativ können die elastischen Formkörper aus einer Matte geschnitten werden. Im Profil entlang der Drehachse 15 weisen die elastischen Formkörper 13, 14 eine Sternkontur auf mit jeweils sechs aus der Wandung gebildeten Strahlen 18. Alternativ zu einer Sternkontur können die Formkörper kleeblattartig oder kreuzartig gestaltet sein. Im gezeigten Ausführungsbeispiel handelt es sich um sechs Strahlen 18. Davon abweichend sind auch andere Strahligkeiten vorteilhaft möglich. Bevorzugt handelt es sich um zumindest drei Strahlen.
Es sei angemerkt, dass die Formkörper - auch abweichend vom genannten Ausführungsbeispiel -wahlweise aus Elastomer, Polyurethan, Thermoplast, Gummi, einem anderen elastischen Werkstoff oder einer Kombination der genannten Materialen hergestellt sein können. Ein vorteilhafter Effekt in Bezug auf die Entkopplungseinheit ergibt sich jeweils, indem die Formkörper unterschiedliche Härtestufen aufweisen.
Gemäß der Darstellung im linken Bildbereich von 3 ist ersichtlich, dass der erste elastische Formkörper 13 eine größere Außenkontur aufweist, als der zweite elastische Formkörper 14, insbesondere ragen die sechs Strahlen 18 des ersten Formkörpers 13 etwas weiter von der Drehachse 15 ab, als die Strahlen 18 des zweiten Formkörpers 14, zudem weisen die Strahlen 18 des ersten Formkörpers 13 bezogen auf die Radialrichtung eine etwas größere Breite auf, als die Strahlen 18 des zweiten Formkörpers 14.
Im eingebauten Zustand, wie im rechten Bildbereich von 3 zu sehen, ist die Kupplung 8 mit den zwei elastischen Formkörpern 13, 14 auf ein dem Antriebsteil 9 zugeordnetes Trägerelement 16 aufgesteckt. Dem Abtriebsteil 7 hingegen ist ein hohlförmiger Aufnahmebereich 17 zugeordnet, der innenseitig die beiden elastischen Formkörper 13, 14 in sich aufnimmt. Konkret weist das Antriebsteil 9 sechs gleichmäßig um die Drehachse 15 herum verteilt angeordnete, sich radial nach außen erstreckende Stege 16 auf, während das Abtriebsteil 7 innenseitig des Aufnahmebereichs 17 sechs gleichmäßig um die Drehachse 15 herum verteilt angeordnete, sich radial nach innen erstreckende Stege aufweist. Die sich radial nach innen und die sich radial nach außen erstreckenden Stege von Antriebsteil 9 und Abtriebsteil 7 greifen fingerartig ineinander. Die dabei verbleibenden Freiräume bilden Taschen, welche die radial nach außen abragenden Strahlen 18 der beiden elastischen Formkörper 13, 14 aufnehmen.
Aufgrund der beschriebenen Geometrie in der Kupplung 8 mit ihren zwei hinsichtlich deren Außenkontur unterschiedlich großen elastischen Formkörpern 13, 14 ergibt sich die Wirkung, dass bei einer Verdrehung zwischen Antriebsteil 9 und Abriebsteil 7 um die Drehachse 15 innerhalb eines ersten Verdrehwinkelbereichs B₁ ausschließlich der erste elastische Formkörper 13 mit dem Aufnahmebereich 17 des Abtriebselements 7 im Eingriff steht. Werden Antriebsteil 9 und Abtriebsteil 7 unter Einwirkung eines verhältnismäßig niedrigen Torsionsmoments M innerhalb eines ersten Verdrehwinkelbereichs B₁ gegeneinander verdreht, so findet demzufolge eine elastisehe Verformung lediglich des ersten elastischen Formkörpers 13 statt. Der zweite elastische Formkörper 14 wird innerhalb dieses ersten Verdrehwinkelbereichs B₁ nicht verformt.
Werden das Antriebsteil 9 und das Abtriebsteil 7 jedoch stärker gegeneinander verdreht, so steht ab Erreichen eines zweiten Verdrehwinkelbereichs B₂ auch der zweite elastische Formkörper 14 mit dem Aufnahmebereich 17 des Abtriebselements 7 im Eingriff. Unter Einwirkung eines entsprechend höheren Torsionsmoments M innerhalb des zweiten Verdrehwinkelbereichs B₂ findet demnach parallel eine elastische Verformung sowohl des ersten elastischen Formkörpers 13 als auch des zweiten Formkörpers 14 gemeinsam statt.
4 zeigt qualitativ verschiedene Kennlinien einer Entkopplungseinheit, wobei K₀ die Kennlinie einer herkömmlichen Entkopplungseinheit bezeichnet, während K₁ die Kennlinie der erfindungsgemäßen Entkopplungseinheit bezeichnet. Die Kennlinie K₀ wird erzielt mit einer Entkopplungseinheit gemäß Stand der Technik, welche eine einteilig aus einem Werkstoff hergestellte Kupplung umfasst. Die Kennlinienverläufe zeigen jeweils den Verlauf des Drehmoments M in Abhängigkeit vom Verdrehwinkel φ. Bei der herkömmlichen Entkopplungseinheit steigt bereits bei sehr geringem Drehwinkel das übertragene Drehmoment M verhältnismäßig stark an. Demzufolge werden bereits bei verhältnismäßig kleinen Verdrehwinkeln zwischen Antriebsteil und Abtriebsteil - somit zwischen den damit verbundenen Stabilisatorhälften eines Wankstabilisators - Drehmomente übertragen.
Die Kennlinie K₁ hingegen gibt den Verlauf des Drehmoments in Abhängigkeit vom Drehwinkel einer erfindungsgemäßen Entkopplungseinheit 10 wieder, wie zuvor insbesondere anhand von 3 und 2 beschrieben. Dem Kennlinienverlauf K₁ lässt sich entnehmen, dass abhängig vom Drehwinkel φ verschiedene Bereiche durchlaufen werden. In einem ersten Bereich B₁ ist das übertragene Drehmoment M zu vernachlässigend klein, d. h. es findet nahezu keine Drehmomentübertragung statt. Innerhalb dieses Drehwinkelbereichs kann die in einen Wankstabilisator eingebaute Entkopplungseinheit 10 somit auf vorteilhafte Weise kleine Fahrbahnunebenheiten und/oder sonstige kleine Schwingungsanregungen vollständig herausfiltern.
Ab einem bestimmten Drehwinkel wird ein zweiter Bereich B₂ erreicht. Ab diesem ist der erste elastische Formkörper 13 (weich) soweit komprimiert, dass auch der zweite elastische Formkörper 14 (hart) in gleichzeitigen Eingriff gerät. D. h., ab Erreichen des zweiten Bereichs B₂ findet parallel eine elastische Verformung beider elastischer Formkörper 13 und 14 gemeinsam statt. Hier findet ein „sanfter“ Übergang der Drehmomentübertragung statt, dabei werden Geräusche durch harte Schläge im Getriebe, verursacht beispielsweise durch Toleranzen innerhalb des mehrstufigen Planetengetriebes 20, herausgefiltert. Der weniger elastische zweite Formkörper 14 übernimmt ab hier mit zunehmendem Verdrehwinkel φ eine zunehmende Übertragung des Drehmomentes M.
Ab Erreichen eines dritten Bereichs B₃ sind die elastischen Formkörper 13 und 14 so stark verformt, dass die Drehmomentübertragung näherungsweise ausschließlich über den zweiten elastischen Formkörper 14 stattfindet.
Die erfindungsgemäße Entkopplungseinheit ermöglicht demzufolge eine präzise Abstimmung verschiedener Härtestufen, wie diese in 4 durch die Bereiche B₁ , B₂ und B₃ dargestellt sind. Es sei angemerkt, dass die Kupplung der Entkopplungseinheit abweichend von den beispielhaft gezeigten zwei elastischen Formkörpern auch noch mehr elastische Formkörper aufweisen kann. Daneben bietet die Erfindung den Vorteil, dass sich die wenigstens zwei elastischen Formkörper beliebig miteinander kombinieren lassen, wodurch eine Anpassung an unterschiedliche Anforderungen auf verhältnismäßig einfache Weise durchführen lässt.
Abschließend sei angemerkt, dass die anhand des in der Zeichnung gezeigten Ausführungsbeispiels beschriebene Entkopplungseinheit 10 bezogen auf das mehrstufige Planetengetriebe 20 abtriebsseitig angeordnet ist. Alternativ oder ergänzend ist es denkbar, eine erfindungsgemäße Entkopplungseinheit in Bezug auf das Planetengetriebe 20 (oder ein sonstiges anderes Getriebe) antriebsseitig anzuordnen. Beispielsweise wäre - unter Anpassung der betroffenen Bauteile - eine Anordnung der Entkopplungseinheit zwischen Antriebsmotor 19 und Planetengetriebe 20 denkbar. Wiederum alternativ wäre eine Anordnung innerhalb des Planetengetriebes 20 (oder sonstigen Getriebes) denkbar, insbesondere zwischen zwei Getriebestufen.
Bezugszeichenliste

1: Wankstabilisator
2: Aktuator
3a: linke Stabilisatorhälfte
3b: rechte Stabilisatorhälfte
4a: linkes Rad
4b: rechtes Rad
5: Gehäuse; Hohlrad
6: Kugellager
7: Abtriebsteil (Adapter mit Gegenkontur gelagert im Hohlrad)
8: Kupplung
9: Antriebsteil (Planetenträger mit Sternkontur)
10: Entkopplungseinheit
11: Verschraubung
12: Verschraubung
13: erster Formkörper
14: zweiter Formkörper
15: Drehachse
16: Sternkontur
17: Aufnahmebereich
18: Strahl
19: Antriebsmotor
20: mehrstufiges Planetengetriebe
B₁: erster Bereich
B₂: zweiter Bereich
B₃: dritter Bereich
K₀: Federkennlinie
K₁: Federkennlinie
M: Rückstellmoment
φ: Drehwinkel
x: Fahrzeuglängsrichtung
y: Fahrzeugquerrichtung
z: Fahrzeughochrichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 2213489 A1 [0005, 0006]
DE 102014223706 A1 [0007, 0008, 0014]

Claims

Entkopplungseinheit (10) für einen elektrischen Antriebsstrang, insbesondere eines elektromechanischen Aktuators (2) eines Kraftfahrzeugs, mit einem Antriebsteil (9), einem Abtriebsteil (7) sowie einer dazwischen wirkenden Kupplung (8) zur drehelastischen Verbindung von Antriebsteil (9) und Abtriebsteil (7), dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung (8) wenigstens zwei elastische Formkörper (13, 14) aufweist, die parallel wirkend angeordnet sind, um sich unter Einwirkung eines zwischen Antriebsteil (9) und Abtriebsteil (7) wirkenden Torsionsmoments (M) innerhalb eines um eine Drehachse (15) entstehenden Verdrehwinkelbereichs (B₂, B₃) elastisch zu verformen.
Entkopplungseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens zwei elastischen Formkörper (13, 14) bezogen auf die Drehachse (15) axial benachbart, insbesondere axial aneinander angrenzend angeordnet sind.
Entkopplungseinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens zwei elastischen Formkörper (13, 14) miteinander verbunden, insbesondere verklebt, verschweißt oder dergleichen, sind.
Entkopplungseinheit nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein elastischer Formkörper (13, 14) jeweils als Hohlkörper mit wenigstens einer Öffnung ausgeführt ist.
Entkopplungseinheit nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein elastischer Formkörper (13, 14) im Profil entlang der Drehachse (15) sternartig mit aus seiner Wandung gebildeten Strahlen (18), vorzugsweise mehrstrahlig mit zumindest drei Strahlen, besonders bevorzugt fünfstrahlig oder sechsstrahlig ausgeführt ist.
Entkopplungseinheit nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein elastischer Formkörper (13, 14) auf ein entweder dem Antriebsteil (9) oder dem Abtriebsteil zugeordnetes Trägerelement (16) aufgebracht, insbesondere aufgesteckt, aufgepresst, aufgeklebt ist, wobei dem jeweils anderen Teil, insbesondere Abtriebsteil (7) oder Antriebsteil, ein zumindest bereichsweise hohlförmiger Aufnahmebereich (17) zugeordnet ist, der innenseitig den elastischen Formkörper (13, 14) in sich aufnimmt.
Entkopplungseinheit nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass entweder das Antriebsteil (9) oder das Abtriebsteil (7) mehrere um die Drehachse (15) herum verteilt angeordnete, sich radial nach außen erstreckende Stege (16) und das jeweils andere Teil (7, 9) innenseitig des Aufnahmebereichs (17) angeordnete, sich radial nach innen erstreckende Stege aufweist, wobei die sich radial nach innen und die sich radial nach außen erstreckenden Stege (16) ineinander greifen und Taschen für Abschnitte des elastischen Formkörpers (13, 14) bilden.
Entkopplungseinheit nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Antriebsteil (9) und Abtriebsteil (7) unter Einwirkung eines niedrigen Torsionsmoments (M) innerhalb eines ersten Verdrehwinkelbereichs (B₁) gegeneinander verdrehbar sind, innerhalb dessen eine elastische Verformung lediglich eines ersten elastischen Formkörpers (13) stattfindet.
Entkopplungseinheit nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens zwei elastischen Formkörper (13, 14), insbesondere in einem auf das Trägerelement (16) aufgebrachten Zustand, eine unterschiedliche Außenkontur aufweisen, wobei innerhalb des ersten Verdrehwinkelbereichs (B₁) ausschließlich der erste elastische Formkörper (13) mit dem Aufnahmebereich (17) im Eingriff steht.
Entkopplungseinheit nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Antriebsteil (9) und Abtriebsteil (7) unter Einwirkung eines hohen Torsionsmoments (M) innerhalb eines zweiten Verdrehwinkelbereichs (B₂) verdrehbar sind, innerhalb dessen parallel eine elastische Verformung mehrerer elastischer Formkörper (13, 14) gemeinsam stattfindet.
Entkopplungseinheit nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter elastischer Formkörper (14) eine solche Außenkontur aufweist, dass erst ab Erreichen des zweiten Verdrehwinkelbereichs (B₂) auch der zweite elastische Formkörper (14) mit dem Aufnahmebereich (17) im Eingriff steht.
Entkopplungseinheit nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens zwei elastischen Formkörper (13, 14) eine unterschiedliche Elastizität aufweisen, vorzugsweise indem diese aus unterschiedlichen Materialien gebildet sind.
Entkopplungseinheit nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einer der elastischen Formkörper (13) aus Polyurethan oder einer polyurethanhaltigen Verbindung hergestellt ist.
Entkopplungseinheit nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einer der elastischen Formkörper (14) aus einem Thermoplast hergestellt ist.
Wankstabilisator (1) für ein Kraftfahrzeug mit einer Entkopplungseinheit (10) gemäß einem der vorigen Ansprüche, wobei das Antriebsteil (9) in Antriebsverbindung mit einem Antriebsmotor (19) steht und das Abtriebsteil (7) einer Stabilisatorhälfte (3b) des Wankstabilisators (1) zugeordnet ist.